EP3024124A1 - Ambient air-vented electrically excited synchronous machine - Google Patents

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EP3024124A1
EP3024124A1 EP14194534.5A EP14194534A EP3024124A1 EP 3024124 A1 EP3024124 A1 EP 3024124A1 EP 14194534 A EP14194534 A EP 14194534A EP 3024124 A1 EP3024124 A1 EP 3024124A1
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EP
European Patent Office
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synchronous machine
rotor
electrically excited
excited synchronous
coil winding
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14194534.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Grünthaler
Olaf KÖRNER
Johann Stapfner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to AU2015352820A priority patent/AU2015352820B2/en
Priority to EP15795193.0A priority patent/EP3207622A1/en
Priority to US15/529,024 priority patent/US20170264175A1/en
Priority to PCT/EP2015/076915 priority patent/WO2016083199A1/en
Priority to MX2017006705A priority patent/MX364670B/en
Priority to CN201580061519.3A priority patent/CN107112827A/en
Priority to CA2982953A priority patent/CA2982953A1/en
Priority to CA2968433A priority patent/CA2968433A1/en
Publication of EP3024124A1 publication Critical patent/EP3024124A1/en
Priority to CL2017001304A priority patent/CL2017001304A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K19/02—Synchronous motors
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    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the invention relates to a fürzugbel dividedete electrically excited synchronous machine.
  • Duct-ventilated dynamo-electric machines in particular electrically excited synchronous machines have, for structural reasons and for thermal reasons, an airflow within the dynamoelectric machine, which is partially directed counter to the direction of movement of the rotating parts of this machine.
  • an abrasion u.a. on the insulation of the coils on the pole bodies of the rotor This is especially the case when such a dynamoelectric machine is used in a dusty environment.
  • an elastic mass e.g. Silicone is placed directly on the abrasion-affected winding parts of the rotor.
  • the present invention seeks to provide a Wegbel structuredete electrically excited synchronous machine, which provides sufficient protection against abrasion with sufficient cooling and relatively good accessibility of the individual machine parts, in particular the rotor for maintenance.
  • a Quinzabel electrically excited synchronous machine with a Rotor which is rotatably positioned on a shaft, wherein the rotor has a rotor winding with individual pole coils, which are each arranged around a pole body, wherein at the end faces of the pole body in each case a coil winding head is formed, wherein a coil protection element is provided in each case to this coil winding head, which protects the coil winding head from abrasion.
  • a through-ventilated, electrically excited synchronous machine is understood to mean a synchronous machine which can be electrically excited via coils of a rotor.
  • the coils are fed electrically via slip rings or via the known brushless excitation devices.
  • At least one self-ventilator and / or at least one external fan generates by means of ambient air one or more cooling air streams through the machine.
  • the protective elements are mounted so that the coil winding heads of the winding of the rotor are protected from abrasion. This is ensured, in particular, when the protective elements, viewed in the direction of rotation of the rotor, are respectively mounted in front of the coil winding heads.
  • the protective elements are made of metal (steel or aluminum) or plastic.
  • Protective elements made of plastic individually or as a one-piece protection device are easy and simple to produce, so that the inertia of the rotor by the protective elements or the protective device changes only insignificantly.
  • the protective elements or protective devices made of plastic are comparatively easy to produce, for example by injection molding.
  • the metallic protective elements are produced individually or as a protective device. In this case, for example, casting methods with, where appropriate, subsequent at least partial machining post-processing of predetermined surfaces, such as e.g. the shaft seat of the protection device.
  • the protective elements are individually and can be fixed by correspondingly formed fastening devices, such as snap-in connections, clamping devices, screw etc., on the pole body of the rotor.
  • the protective elements are designed shell-shaped.
  • the geometric configuration of the protective elements is such that viewed in the direction of rotation about the first half of the coil winding head is covered. This is particularly advantageous in the case of a through-flow-ventilated, electrically excited synchronous machine with only one direction of rotation, since, in spite of this, one does so designed protective elements adjusts a cooling effect on the coils of the rotor
  • fastening means are provided on each protective element in order to attach further elements to the protective elements. These are, for example, fan blades and / or balancing weights that allow subsequent balancing of the rotor.
  • the protective elements are provided at their radially outer edge with a curvature which deflects a substantially radial air flow along the protective elements substantially axially and thus leads away from the end face of the rotor. This configuration of the protective element avoids that a radial air flow with the particles is guided on the winding head of the stator and there leads to Abrasionsproblemen.
  • such a machine is designed with cup-shaped protective elements only for one direction of rotation. This is particularly advantageous in generators powered by diesel engines, such as those described in US Pat. on locomotives, multiple units, minivans or ships.
  • a gap between the protective element and the winding overhang is provided, which complies with the isolation technology distances and also meets the cooling requirements.
  • a cooling air flow with decelerated particles is preferably guided into the gap between the protective element and the surface of the coil.
  • the protective elements are sufficiently spaced when the air gaps so the isolation distances are met and a further air flow can take place in this gap free of particles of high kinetic energy.
  • the axial air mass flow is not limited by the pole gaps. This ensures further maximum cooling capacity of the coil sides and thus the coils of the rotor.
  • FIG. 1 shows in a longitudinal section through a ventilated electrical excited synchronous machine 1 with a stator 2 and a rotor 3. At the end faces of the stator 2, a Statorwickelkopf 4 is present.
  • the rotor 3 has radially outwardly projecting pole body 13, which are each provided with a pole coil 15 and form the rotor winding 5 in their entirety.
  • the pole coils 15 are supplied via a non-illustrated slip ring assembly or a brushless exciter device with electrical power.
  • the rotor 3 is rotatably mounted on a shaft 7 which rotates about an axis 12.
  • the dynamoelectric machine is operated as a motor or as a generator.
  • cooling air streams 19 are distributed within the machine and flow, inter alia, via cooling channels in stator 2, rotor 3, the pole gaps 28 of the rotor 3 and the air gap 14.
  • protective elements 11 are provided as abrasion protection 6 according to the invention.
  • FIG. 2 This is also the example FIG. 2 to see where the protective elements 11 are arranged on a ring 10 and thus form a protective device 21. At radially extending arms 20 of this ring 10, the protective elements 11 are arranged.
  • the protective elements 11 are designed shell-shaped when viewed in cross-section and thus form an angle ⁇ of approximately 90 ° viewed from the air gap 14.
  • the angle ⁇ of a protective element 11 may be formed depending on the application between 60 and 150 °. In the direction of movement 17 of the rotor or rotor 3 thus almost no air particles can bounce on the insulation of the coil winding head 16 and damage the insulation. The insulation is therefore protected, which extends the service life and the maintenance intervals of the draft-ventilated electrically excited synchronous machine 1.
  • the protective elements 11 also separately on the pole body 13 can be attached, which also includes the above-mentioned advantages respect.
  • FIG. 2 also shows an eight-pole rotor 3 with its pole bodies 13, around each of which a pole coil 15 is placed.
  • the protective elements 11 are now arranged on a central ring 10.
  • the protective elements 11 are provided with means 18 which allow attachment of fan blades and / or balancing weights.
  • These means 18 are used in manufacture - e.g. a casting process - the protective element 11 or the protective device 21 is formed.
  • a post-processing of these means 18, or other surfaces of the protective elements 11 or the protective device 21, such as milling or drilling is necessary.
  • FIG. 3 also shows a recess 22 of the ring 10, via which an electrical connection between the slip ring body or a brushless exciter device and the pole coils 15 of the rotor 3 takes place.
  • a curvature 23 is provided at the radially outer end of the protective elements 11, which deflects a substantially radial air flow substantially axially and thus leads away from the end face of the rotor 3.
  • This configuration of the protective element 11 prevents a radial air flow with the particles contained therein from hitting the stator winding head 4 and causing abrasion problems at the insulation there.
  • the portion of the protective element 11 shielding the coil winding head 16 of the rotor 3 is formed with its arm 20 substantially as follows.
  • Section 25 extends substantially parallel to the end face of the rotor 3 and has the means 18.
  • Section 26 is characterized by a bend, to which, in particular in the radially outer region of the protective element 11, a section 27 connects, which extends substantially in the direction of the pole gap 28.
  • the angle ⁇ is thereby created essentially by the bending of the section 26.
  • Such abrasion protection 6 of a through-ventilated electrically excited synchronous machine with cup-shaped protective elements 11 is preferably suitable for one direction of rotation. This is particularly advantageous in generators driven by diesel engines, such as those described in US Pat. on locomotives, multiple units, mining trucks or ships.
  • passage-ventilated electrically excited synchronous machines 1 for both directions of rotation e.g. two shells per coil winding head 16, each with approximately 90 ° provided, or it is a shell used as a protective element 11 with approximately 180 °, which thus has more a trough-shaped structure.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) mit einem Rotor (3), der auf einer Welle (7) drehfest positioniert ist, wobei der Rotor (3) eine Rotorwicklung (5) mit einzelnen Polspulen (15) aufweist, die jeweils um einen Polkörper (13) angeordnet sind, wobei an den Stirnseiten jedes Polkörpers (13) jeweils ein Spulenwickelkopf (16) ausgebildet ist, wobei an jedem Spulenwickelkopf (16) ein Schutzelement (11,6) vorgesehen ist, das die Isolierung des Spulenwickelkopfes (16) vor Abrasion durch Partikel im Kühlluftstrom schützt.The invention relates to a passage - ventilated electrically excited synchronous machine (1) having a rotor (3) which is rotatably mounted on a shaft (7), wherein the rotor (3) has a rotor winding (5) with individual pole coils (15) each are arranged around a pole body (13), wherein a coil winding head (16) is formed on each of the end faces of each pole body (13), wherein a protective element (11, 6) is provided on each coil winding head (16) which controls the insulation of the coil winding head (16). 16) protects against abrasion by particles in the cooling air flow.

Description

Die Erfindung betrifft eine durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine.The invention relates to a Durchzugbelüftete electrically excited synchronous machine.

Durchzugsbelüftete dynamoelektrische Maschinen, insbesondere elektrisch erregte Synchronmaschinen weisen konstruktionsbedingt und aus thermischen Gründen eine Luftströmung innerhalb der dynamoelektrischen Maschine auf, die teilweise entgegen der Bewegungsrichtung der rotierenden Teile dieser Maschine gerichtet ist. Damit stellt sich insbesondere bei vergleichsweise hohen Relativgeschwindigkeiten der unterschiedlichen Maschinenteile eine Abrasion u.a. an der Isolation der Spulen auf den Polkörpern des Rotors ein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine derartige dynamoelektrische Maschine in einer staubhaltigen Umgebung eingesetzt ist.Duct-ventilated dynamo-electric machines, in particular electrically excited synchronous machines have, for structural reasons and for thermal reasons, an airflow within the dynamoelectric machine, which is partially directed counter to the direction of movement of the rotating parts of this machine. Thus, in particular at relatively high relative speeds of the different machine parts, an abrasion u.a. on the insulation of the coils on the pole bodies of the rotor. This is especially the case when such a dynamoelectric machine is used in a dusty environment.

Bisher wird ein Schutz der Polspulen dadurch erreicht, dass eine elastische Masse, z.B. Silikon direkt auf die von Abrasion betroffenen Wicklungsteile des Rotors gebracht wird.So far, a protection of the pole coils is achieved in that an elastic mass, e.g. Silicone is placed directly on the abrasion-affected winding parts of the rotor.

Nachteilig dabei ist, dass dies zu einer schlechteren Entwärmung, insbesondere des Spulenwickelkopfes des Rotors führt. Ebenso sind Wartungsarbeiten, z.B. ein Nachimprägnieren der Wicklung des Rotors, nur mit vergleichsweise hohem Aufwand durchzuführen.The disadvantage here is that this leads to a poorer heat dissipation, in particular of the coil winding head of the rotor. Likewise, maintenance work, e.g. a Nachimprägnieren the winding of the rotor to perform only with relatively high effort.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine zu schaffen, die bei ausreichender Entwärmung und vergleichsweise guter Zugänglichkeit der einzelnen Maschinenteile, insbesondere des Rotors für Wartungsarbeiten einen ausreichenden Schutz gegen Abrasion bietet.Based on this, the present invention seeks to provide a durchzugbelüftete electrically excited synchronous machine, which provides sufficient protection against abrasion with sufficient cooling and relatively good accessibility of the individual machine parts, in particular the rotor for maintenance.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine mit einem Rotor, der auf einer Welle drehfest positioniert ist, wobei der Rotor eine Rotorwicklung mit einzelnen Polspulen aufweist, die jeweils um einen Polkörper angeordnet sind, wobei an den Stirnseiten des Polkörpers jeweils ein Spulenwickelkopf ausgebildet ist, wobei an diesen Spulenwickelkopf jeweils ein Schutzelement vorgesehen ist, das den Spulenwickelkopf vor Abrasion schützt.The solution of the problem is achieved by a Durchzugbelüftete electrically excited synchronous machine with a Rotor which is rotatably positioned on a shaft, wherein the rotor has a rotor winding with individual pole coils, which are each arranged around a pole body, wherein at the end faces of the pole body in each case a coil winding head is formed, wherein a coil protection element is provided in each case to this coil winding head, which protects the coil winding head from abrasion.

Dabei wird unter einer durchzugsbelüftete elektrisch erregten Synchronmaschine eine Synchronmaschine verstanden, die über Spulen eines Rotors elektrisch erregt werden kann. Die Spulen werden dabei über Schleifringe oder über die an sich bekannten bürstenlosen Erregereinrichtungen elektrisch gespeist. Zumindest ein Eigen- und/oder zumindest ein Fremdlüfter erzeugt mittels Umgebungsluft einen oder mehrere Kühlluftströme durch die Maschine.In this case, a through-ventilated, electrically excited synchronous machine is understood to mean a synchronous machine which can be electrically excited via coils of a rotor. The coils are fed electrically via slip rings or via the known brushless excitation devices. At least one self-ventilator and / or at least one external fan generates by means of ambient air one or more cooling air streams through the machine.

Die Schutzelemente sind derart angebracht, dass die Spulenwickelköpfe der Wicklung des Rotors vor Abrasion geschützt sind. Dies ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die Schutzelemente in Drehrichtung des Rotors betrachtet jeweils vor den Spulenwickelköpfen angebracht sind.The protective elements are mounted so that the coil winding heads of the winding of the rotor are protected from abrasion. This is ensured, in particular, when the protective elements, viewed in the direction of rotation of the rotor, are respectively mounted in front of the coil winding heads.

Je nach Umgebungsbedingungen, Drehzahl der Maschine sind die Schutzelemente aus Metall (Stahl oder Aluminium) oder aus Kunststoff.Depending on the ambient conditions, speed of the machine, the protective elements are made of metal (steel or aluminum) or plastic.

Schutzelemente aus Kunststoff einzeln oder als einstückige Schutzvorrichtung (ein Schutzelement pro Polkörper, die an einem gemeinsamen Ring angeordnet sind) sind leicht und einfach herstellbar, so dass sich die Trägheit des Läufers durch die Schutzelemente oder die Schutzvorrichtung nur unwesentlich verändert.Protective elements made of plastic individually or as a one-piece protection device (a protective element per polar body, which are arranged on a common ring) are easy and simple to produce, so that the inertia of the rotor by the protective elements or the protective device changes only insignificantly.

Die Schutzelemente oder Schutzvorrichtungen aus Kunststoff sind vergleichsweise einfach z.B. im Spritzgießverfahren herzustellen.The protective elements or protective devices made of plastic are comparatively easy to produce, for example by injection molding.

Auch die metallisch ausgeführten Schutzelemente sind einzeln oder als Schutzvorrichtung herstellbar. Dabei eignen sich beispielsweise Gießverfahren mit ggf. anschließender zumindest partieller spanender Nachbearbeitung vorgegebener Flächen, wie z.B. des Wellensitzes der Schutzvorrichtung.The metallic protective elements are produced individually or as a protective device. In this case, for example, casting methods with, where appropriate, subsequent at least partial machining post-processing of predetermined surfaces, such as e.g. the shaft seat of the protection device.

Besonders einfach wird die Positionierung der Schutzelemente am Rotor, wenn sich sämtliche Schutzelemente einer dementsprechend ausgeführten Rotorwicklung auf einem Ring befinden, der lediglich noch auf einer Welle positioniert und drehfest angeordnet werden muss, um so die Spulenwickelköpfe zu schützen. Besonders einfach wird dabei die Konstruktion, wenn sowohl Ring als auch die einzelnen Schutzelemente der jeweiligen Polkörper des Rotors als einstückiges Material vorhanden sind. Es ist demnach pro Läuferdurchmesser und Polanzahl des Läufers eine eigene Schutzvorrichtung vorzusehen.Particularly easy is the positioning of the protective elements on the rotor when all the protective elements of a correspondingly executed rotor winding are located on a ring which only needs to be positioned on a shaft and rotationally fixed, so as to protect the coil winding heads. The construction becomes particularly simple if both the ring and the individual protective elements of the respective pole bodies of the rotor are present as a one-piece material. It is therefore to provide per runner diameter and number of poles of the rotor own protective device.

Demgegenüber sind einzelne Schutzelemente universeller einsetzbar, da jeder einzelne Polkörper mit seinem Schutzelement versehen wird.In contrast, individual protection elements are universally applicable, since each individual polar body is provided with its protective element.

In dieser weiteren Ausführung liegen die Schutzelemente einzeln vor und können durch dementsprechend ausgebildete Befestigungsvorrichtungen, wie Schnappverbindungen, Klemmvorrichtungen, Schraubverbindungen etc. am Polkörper des Rotors fixiert werden. Dies hat den Vorteil, dass unabhängig von der Anzahl der Pole des Rotors keine eigens ausgeführte Konstruktion mit einem Ring vorgesehen werden muss, sondern lediglich dementsprechende Schutzelemente dem jeweiligen Polkörper zugewiesen sind.In this further embodiment, the protective elements are individually and can be fixed by correspondingly formed fastening devices, such as snap-in connections, clamping devices, screw etc., on the pole body of the rotor. This has the advantage that, regardless of the number of poles of the rotor no specially designed construction with a ring must be provided, but only corresponding protective elements are assigned to the respective polar body.

Um den Schutz vor Abrasion besonders vorteilhaft zu gestalten, sind die Schutzelemente schalenförmig ausgeführt. Dabei ist die geometrische Ausgestaltung der Schutzelemente derart, dass in Drehrichtung betrachtet ca. die erste Hälfte des Spulenwickelkopfes abdeckt ist. Dies ist besonders bei durchzugsbelüftete elektrisch erregten Synchronmaschine mit nur einer Drehrichtung vorteilhaft, da sich trotz dieser derart gestalteten Schutzelemente eine Kühlwirkung an den Spulen des Rotors einstelltIn order to make the protection against abrasion particularly advantageous, the protective elements are designed shell-shaped. The geometric configuration of the protective elements is such that viewed in the direction of rotation about the first half of the coil winding head is covered. This is particularly advantageous in the case of a through-flow-ventilated, electrically excited synchronous machine with only one direction of rotation, since, in spite of this, one does so designed protective elements adjusts a cooling effect on the coils of the rotor

Vorteilhafterweise sind an jedem Schutzelement Befestigungsmittel vorgesehen, um an den Schutzelementen weitere Elemente anzubringen. Dies sind beispielsweise Lüfterflügel und/oder Wuchtgewichte, die ein nachträgliches Wuchten des Rotors gestatten.Advantageously, fastening means are provided on each protective element in order to attach further elements to the protective elements. These are, for example, fan blades and / or balancing weights that allow subsequent balancing of the rotor.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Schutzelemente an ihrem radial äußeren Rand mit einer Krümmung versehen, die einen im Wesentlichen radialen Luftstrom entlang der Schutzelemente im Wesentlichen axial umlenkt und so von der Stirnseite des Rotors wegführt. Durch diese Ausgestaltung des Schutzelements wird vermieden, dass ein radialer Luftstrom mit den Partikeln auf den Wickelkopf des Stators geführt wird und dort zu Abrasionsproblemen führt.In a further embodiment, the protective elements are provided at their radially outer edge with a curvature which deflects a substantially radial air flow along the protective elements substantially axially and thus leads away from the end face of the rotor. This configuration of the protective element avoids that a radial air flow with the particles is guided on the winding head of the stator and there leads to Abrasionsproblemen.

Vorteilhafterweise ist eine derartige Maschine mit schalenförmigen Schutzelementen nur für eine Drehrichtung ausgelegt. Die ist besonders vorteilhaft bei Generatoren die von Dieselmotoren angetrieben werden, wie z.B. auf Lokomotiven, Triebzügen, Miningtrucks oder Schiffen.Advantageously, such a machine is designed with cup-shaped protective elements only for one direction of rotation. This is particularly advantageous in generators powered by diesel engines, such as those described in US Pat. on locomotives, multiple units, minivans or ships.

Je nach Material der Schutzelemente ist ein Spalt zwischen Schutzelement und Wickelkopf vorgesehen, der die isolationstechnischen Abstände einhält und außerdem die kühltechnischen Anforderungen erfüllt. Es wird dabei vorzugsweise ein Kühlluftstrom mit entschleunigten Partikeln in den Spalt zwischen Schutzelement und Oberfläche der Spule geführt.Depending on the material of the protective elements, a gap between the protective element and the winding overhang is provided, which complies with the isolation technology distances and also meets the cooling requirements. In this case, a cooling air flow with decelerated particles is preferably guided into the gap between the protective element and the surface of the coil.

Die Schutzelemente sind ausreichend beabstandet, wenn die Luftstrecken also die Isolationsabstände eingehalten sind und eine weitere Luftführung in diesen Spalt frei von Partikeln hoher kinetischer Energie stattfinden kann.The protective elements are sufficiently spaced when the air gaps so the isolation distances are met and a further air flow can take place in this gap free of particles of high kinetic energy.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abrasionsschutzes der Wicklung des Rotors, insbesondere der Spulenwickelköpfe durch die Schutzelemente bzw. Schutzvorrichtung ist der axiale Luftmassenstrom durch die Pollücken nicht eingeschränkt. Dies gewährleistet weiterhin eine maximale Kühlleistung der Spulenseiten und damit der Spulen des Rotors.Due to the inventive design of the abrasion protection of the winding of the rotor, in particular the coil winding heads by the protective elements or protective device, the axial air mass flow is not limited by the pole gaps. This ensures further maximum cooling capacity of the coil sides and thus the coils of the rotor.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Dabei zeigen:

FIG 1
einen Längsschnitt einer permanent erregten Synchronmotors mit Durchzugsbelüftung,
FIG 2
eine Seitenansicht eines Läufers,
FIG 3
perspektivische Darstellung des Abrasionsschutzes.
The invention and further advantageous embodiments of the invention are shown in the following embodiments. Showing:
FIG. 1
a longitudinal section of a permanent magnet synchronous motor with draft ventilation,
FIG. 2
a side view of a runner,
FIG. 3
perspective view of the abrasion protection.

FIG 1 zeigt in einem Längsschnitt eine durchzugsbelüftete elektrische erregte Synchronmaschine 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3. An den Stirnseiten des Stators 2 ist ein Statorwickelkopf 4 vorhanden. Der Rotor 3 weist radial nach außen ragende Polkörper 13 auf, die jeweils mit einer Polspule 15 versehen sind und in ihrer Gesamtheit die Rotorwicklung 5 ausbilden. Die Polspulen 15 werden über eine nicht näher dargestellte Schleifringanordnung oder einer bürstenlosen Erregereinrichtung mit elektrischer Leistung versorgt. FIG. 1 shows in a longitudinal section through a ventilated electrical excited synchronous machine 1 with a stator 2 and a rotor 3. At the end faces of the stator 2, a Statorwickelkopf 4 is present. The rotor 3 has radially outwardly projecting pole body 13, which are each provided with a pole coil 15 and form the rotor winding 5 in their entirety. The pole coils 15 are supplied via a non-illustrated slip ring assembly or a brushless exciter device with electrical power.

An den Stirnseiten des Rotors 3 sind dabei Spulenwickelköpfe 16 dieser Polspulen 15 sichtbar. Der Rotor 3 ist auf einer Welle 7 drehfest positioniert, die sich um eine Achse 12 dreht. Durch elektromagnetische Wechselwirkung der Wicklungssysteme von Stator 2 und Rotor 3 über den Luftspalt 14 hinweg, wird die dynamoelektrische Maschine als Motor oder als Generator betrieben.At the end faces of the rotor 3 while Spulenwickelköpfe 16 of these pole coils 15 are visible. The rotor 3 is rotatably mounted on a shaft 7 which rotates about an axis 12. By electromagnetic interaction of the winding systems of stator 2 and rotor 3 across the air gap 14, the dynamoelectric machine is operated as a motor or as a generator.

Zur Kühlung dieser elektrischen Synchronmaschine 1 wird die Umgebungsluft verwendet, so dass beispielsweise über einen Stutzen 8 Kühlluft in den Innenraum der Synchronmaschine 1 geführt wird. Diese Kühlluftströme 19 werden innerhalb der Maschine verteilt und strömen unter anderem über Kühlkanäle in Stator 2, Rotor 3, den Pollücken 28 des Rotors 3 und den Luftspalt 14.For cooling this electric synchronous machine 1, the ambient air is used, so that, for example via a nozzle 8 cooling air is fed into the interior of the synchronous machine 1. These cooling air streams 19 are distributed within the machine and flow, inter alia, via cooling channels in stator 2, rotor 3, the pole gaps 28 of the rotor 3 and the air gap 14.

Aufgrund der Luftströmungsgeschwindigkeit, den damit von außen nach innen getragenen Partikeln und der gleichzeitigen vergleichsweise dazu hohen Relativgeschwindigkeit des Rotors 3 und damit der Rotorwicklung 5 tritt an ungünstigen Abschnitten des Spulenwickelkopfes 16 Abrasion der Isolierung des Spulenwickelkopfes 16 der Polspulen 15 und damit der Rotorwicklung 5 ein. Um dies zu vermeiden, sind erfindungsgemäß Schutzelemente 11 als Abrasionsschutz 6 vorgesehen.Due to the air flow velocity, the particles carried thereby from outside to inside and the comparatively high relative speed of the rotor 3 and thus the rotor winding 5, the insulation of the coil winding head 16 of the pole coils 15 and thus of the rotor winding 5 occurs at unfavorable portions of the coil winding head 16. In order to avoid this, protective elements 11 are provided as abrasion protection 6 according to the invention.

Dies ist beispielsweise auch der FIG 2 zu entnehmen, wo die Schutzelemente 11 auf einem Ring 10 angeordnet sind und so eine Schutzvorrichtung 21 bilden. An sich radial erstreckenden Armen 20 dieses Ringes 10 sind die Schutzelemente 11 angeordnet. Die Schutzelemente 11 sind im Querschnitt betrachtet schalenförmig ausgeführt und bilden somit vom Luftspalt 14 aus betrachtet einen Winkel α von ca. 90°. Der Winkel α eines Schutzelements 11 kann jedoch je nach Anwendung zwischen 60 und 150° ausgebildet sein. In Bewegungsrichtung 17 des Läufers bzw. Rotors 3 können somit nahezu keine Luftpartikel auf die Isolierung des Spulenwickelkopfes 16 prallen und die Isolierung beschädigen. Die Isolierung ist demnach geschützt, was die Betriebsdauer und die Wartungsintervalle der durchzugsbelüfteten elektrisch erregten Synchronmaschine 1 verlängert.This is also the example FIG. 2 to see where the protective elements 11 are arranged on a ring 10 and thus form a protective device 21. At radially extending arms 20 of this ring 10, the protective elements 11 are arranged. The protective elements 11 are designed shell-shaped when viewed in cross-section and thus form an angle α of approximately 90 ° viewed from the air gap 14. However, the angle α of a protective element 11 may be formed depending on the application between 60 and 150 °. In the direction of movement 17 of the rotor or rotor 3 thus almost no air particles can bounce on the insulation of the coil winding head 16 and damage the insulation. The insulation is therefore protected, which extends the service life and the maintenance intervals of the draft-ventilated electrically excited synchronous machine 1.

Selbstverständlich sind die Schutzelemente 11 auch separat einzeln am Polkörper 13 anbringbar, was ebenfalls die oben erwähnten Vorteile bzgl. des Schutzes der Isolierung der Wicklung des Rotors 3 und des Spulenwickelkopfes 16 beinhaltet.Of course, the protective elements 11 also separately on the pole body 13 can be attached, which also includes the above-mentioned advantages respect. The protection of the insulation of the winding of the rotor 3 and the coil winding head 16.

FIG 2 zeigt außerdem einen achtpoligen Rotor 3 mit seinen Polkörpern 13, um die jeweils eine Polspule 15 gelegt ist. In Bewegungsrichtung 17 sind dabei nunmehr die Schutzelemente 11 an einem zentralen Ring 10 angeordnet. Die Schutzelemente 11 sind mit Mitteln 18 versehen, die eine Befestigung von Lüfterflügeln und/oder Wuchtgewichten erlauben. FIG. 2 also shows an eight-pole rotor 3 with its pole bodies 13, around each of which a pole coil 15 is placed. In the direction of movement 17, the protective elements 11 are now arranged on a central ring 10. The protective elements 11 are provided with means 18 which allow attachment of fan blades and / or balancing weights.

Diese Mittel 18 werden bei Herstellung - also z.B. eines Gießvorganges - des Schutzelements 11 oder der Schutzvorrichtung 21 mit ausgebildet. Gegebenenfalls ist eine Nachbearbeitung dieser Mittel 18, oder anderer Flächen der Schutzelemente 11 oder der Schutzvorrichtung 21, wie Fräsen oder Bohren notwendig.These means 18 are used in manufacture - e.g. a casting process - the protective element 11 or the protective device 21 is formed. Optionally, a post-processing of these means 18, or other surfaces of the protective elements 11 or the protective device 21, such as milling or drilling is necessary.

FIG 3 zeigt außerdem eine Ausnehmung 22 des Ringes 10, über die eine elektrische Verbindung zwischen Schleifringkörper oder einer bürstenlosen Erregervorrichtung und den Polspulen 15 des Rotors 3 erfolgt. FIG. 3 also shows a recess 22 of the ring 10, via which an electrical connection between the slip ring body or a brushless exciter device and the pole coils 15 of the rotor 3 takes place.

Gemäß FIG 3 ist am radial äußeren Ende der Schutzelemente 11 eine Krümmung 23 vorgesehen, die einen im Wesentlichen radialen Luftstrom im Wesentlichen axial umlenkt und so von der Stirnseite des Rotors 3 wegführt. Durch diese Ausgestaltung des Schutzelements 11 wird vermieden, dass ein radialer Luftstrom mit den darin enthaltenen Partikeln auf den Statorwickelkopf 4 prallt und dort zu Abrasionsproblemen an der dortigen Isolierung führt.According to FIG. 3 a curvature 23 is provided at the radially outer end of the protective elements 11, which deflects a substantially radial air flow substantially axially and thus leads away from the end face of the rotor 3. This configuration of the protective element 11 prevents a radial air flow with the particles contained therein from hitting the stator winding head 4 and causing abrasion problems at the insulation there.

Vorteilhafterweise ist der Abschnitt des Schutzelements 11, der den Spulenwickelkopf 16 des Rotors 3 abschirmt mit seinem Arm 20 im Wesentlichen wie folgt ausgebildet. Das Schutzelement 11 unabhängig davon, ob es einen Teil einer Schutzvorrichtung 21 mit Ring 10 ausbildet oder einzeln am Polkörper 13 positioniert wird, weist drei Abschnitte 25, 26, 27 auf. Abschnitt 25 verläuft im Wesentlichen parallel zur Stirnseite des Rotors 3 und weist die Mittel 18 auf. Abschnitt 26 ist durch eine Biegung gekennzeichnet, an den sich vor allem im radial äußeren Bereich des Schutzelements 11 ein Abschnitt 27 anschließt, der sich im Wesentlichen in Richtung Pollücke 28 erstreckt.Advantageously, the portion of the protective element 11 shielding the coil winding head 16 of the rotor 3 is formed with its arm 20 substantially as follows. The protective element 11, regardless of whether it forms a part of a protective device 21 with ring 10 or is individually positioned on the pole body 13, has three sections 25, 26, 27. Section 25 extends substantially parallel to the end face of the rotor 3 and has the means 18. Section 26 is characterized by a bend, to which, in particular in the radially outer region of the protective element 11, a section 27 connects, which extends substantially in the direction of the pole gap 28.

Der Winkel α wird dabei im Wesentlichen durch die Biegung des Abschnitt 26 geschaffen.The angle α is thereby created essentially by the bending of the section 26.

Ein derartiger Abrasionsschutz 6 einer durchzugsbelüfteten elektrisch erregten Synchronmaschine mit schalenförmigen Schutzelementen 11 eignet sich vorzugsweise für eine Drehrichtung. Die ist besonders vorteilhaft bei Generatoren, die von Dieselmotoren angetrieben werden, wie z.B. auf Lokomotiven, Triebzügen, Mining-Trucks oder Schiffen.Such abrasion protection 6 of a through-ventilated electrically excited synchronous machine with cup-shaped protective elements 11 is preferably suitable for one direction of rotation. This is particularly advantageous in generators driven by diesel engines, such as those described in US Pat. on locomotives, multiple units, mining trucks or ships.

Bei durchzugsbelüfteten elektrisch erregten Synchronmaschinen 1 für beide Drehrichtungen sind z.B. zwei Schalen je Spulenwickelkopf 16 mit je ca. 90° vorzusehen, oder es wird eine Schale als Schutzelement 11 mit ca. 180° verwendet, die somit mehr eine wannenförmige Struktur aufweist.In the case of passage-ventilated electrically excited synchronous machines 1 for both directions of rotation, e.g. two shells per coil winding head 16, each with approximately 90 ° provided, or it is a shell used as a protective element 11 with approximately 180 °, which thus has more a trough-shaped structure.

Claims (8)

Durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) mit einem Rotor (3), der auf einer Welle (7) drehfest positioniert ist, wobei der Rotor (3) eine Rotorwicklung (5) mit einzelnen Polspulen (15) aufweist, die jeweils um einen Polkörper (13) angeordnet sind, wobei an den Stirnseiten des Polkörpers (13) jeweils ein Spulenwickelkopf (16) ausgebildet ist, wobei an diesen Spulenwickelkopf (16) jeweils ein Schutzelement (11) vorgesehen ist, das den Spulenwickelkopf (16) vor Abrasion schützt.Duct-ventilated electrically excited synchronous machine (1) with a rotor (3) which is rotationally fixedly positioned on a shaft (7), wherein the rotor (3) has a rotor winding (5) with individual pole coils (15), each around a pole body ( 13) are arranged, wherein at the end faces of the pole body (13) in each case a coil winding head (16) is formed, wherein in this coil winding head (16) each have a protective element (11) is provided which protects the coil winding head (16) from abrasion. Durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzelemente (11) auf einem Ring angeordnet sind, der drehfest mit der Welle (7) verbunden ist.Pull-through ventilated electrically excited synchronous machine (1) according to claim 1, characterized in that the protective elements (11) are arranged on a ring which is non-rotatably connected to the shaft (7). Durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schutzelement (11) an seinem Polkörper (13) positioniert ist, derart, dass sich zwischen Schutzelement und Spulenwickelkopf (16) ein vorgebbarer Luftspalt einstellt.Pull-through ventilated electrically excited synchronous machine (1) according to claim 1, characterized in that each protective element (11) is positioned on its pole body (13), such that a predeterminable air gap is established between the protective element and coil winding head (16). Durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzelemente (11) schalenförmig ausgebildet sind.Pull-through ventilated electrically excited synchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective elements (11) are designed shell-shaped. Durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzelemente (11) Mittel (18) u.a. zur Befestigung von Wuchtgewichten aufweisen.Pull-through ventilated electrically excited synchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective elements (11) have means (18), inter alia, for fastening balancing weights. Durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am radial äußeren Rand jedes Schutzelements (11) eine Krümmung (23) vorgesehen ist, die einen radialen Luftstrom in im wesentlichen axiale Richtung weg von der Stirnseite des Rotors (3) lenkt.Pull-through ventilated electrically excited synchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at the radially outer edge each protective element (11) is provided with a curvature (23) which directs a radial air flow in a substantially axial direction away from the end face of the rotor (3). Durchzugsbelüftete elektrisch erregte Synchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmaschine (1) im normalen Betriebsfall nur in eine Drehrichtung dreht.Pull-through ventilated electrically excited synchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the synchronous machine (1) rotates in normal operation only in one direction of rotation. Antrieb oder elektrischer Generator eines Schiffes, einer Lokomotive, eines Miningtrucks oder eines anderen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit zumindest einer durchzugsbelüfteten elektrisch erregten Synchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Drive or electric generator of a ship, a locomotive, a mining truck or another electrically driven vehicle with at least one passage-ventilated electrically excited synchronous machine (1) according to one of the preceding claims.
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